اٹوسیکنڈ سائنس کے لیے الٹرا فاسٹ لیزر

الٹرا فاسٹ لیزراٹوس سیکنڈ سائنس کے لیے
فی الحال، اٹوسیکنڈ کی دالیں بنیادی طور پر مضبوط کھیتوں سے چلنے والی ہائی آرڈر ہارمونک جنریشن (HHG) کے ذریعے حاصل کی جاتی ہیں۔ ان کی نسل کے جوہر کو اس طرح سمجھا جا سکتا ہے کہ الیکٹرانوں کو توانائی کے اخراج کے لیے ایک مضبوط لیزر الیکٹرک فیلڈ کے ذریعے آئنائز کیا جاتا ہے، تیز کیا جاتا ہے اور دوبارہ جوڑ دیا جاتا ہے، اس طرح اٹوسیکنڈ XUV دالیں خارج ہوتی ہیں۔
لہذا، اٹوسیکنڈ آؤٹ پٹ نبض کی چوڑائی، توانائی، طول موج، اور تکرار کی شرح کے لیے انتہائی حساس ہے۔ڈرائیونگ لیزر(الٹرا فاسٹ لیزر): چھوٹی نبض کی چوڑائی اٹوسیکنڈ دالوں کو الگ کرنے کے لیے فائدہ مند ہے، زیادہ توانائی آئنائزیشن اور کارکردگی کو بہتر بناتی ہے، لمبی طول موج کٹ آف توانائی کو بڑھاتی ہے لیکن تبادلوں کی کارکردگی کو نمایاں طور پر کم کرتی ہے، اور زیادہ تکرار کی شرح سگنل سے شور کے تناسب کو بہتر بناتی ہے لیکن یہ واحد پلس توانائی سے محدود ہے۔ مختلف ایپلی کیشنز (جیسے الیکٹران مائکروسکوپی، ایکس رے جذب سپیکٹروسکوپی، اتفاقی گنتی، وغیرہ) میں اٹوسیکنڈ پلس انڈیکس پر مختلف زور ہوتا ہے، جو لیزرز کو چلانے کے لیے مختلف اور جامع تقاضوں کو آگے بڑھاتا ہے۔ اٹوسیکنڈ سائنس میں استعمال کے لیے ڈرائیونگ لیزرز کی کارکردگی کو بہتر بنانا بہت ضروری ہے۔

ڈرائیونگ لیزرز کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے چار بنیادی تکنیکی راستے (الٹرا فاسٹ لیزر)
1. اعلی توانائی: HHG کی کم تبادلوں کی کارکردگی پر قابو پانے اور اعلی تھرو پٹ اٹوسیکنڈ دالیں حاصل کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ تکنیکی ارتقاء روایتی چرپڈ پلس ایمپلیفیکیشن (CPA) سے آپٹیکل پیرامیٹرک ایمپلیفیکیشن فیملی میں منتقل ہو گیا ہے، بشمول آپٹیکل پیرامیٹرک چرپڈ پلس ایمپلیفیکیشن (OPCPA)، ڈوئل چیرپڈ OPA (DC-OPA)، فریکوئنسی ڈومین OPA (FOPA)، اور کواسی فیز میچنگ OPCPA (QPAPC)۔ مزید مربوط بیم سنتھیسز (CBC) اور پلس اسپلٹنگ ایمپلیفیکیشن (DPA) کی ترکیب کی تکنیکوں کو یکجا کرنے کے لیے سنگل چینل ایمپلیفائرز کی جسمانی حدود، جیسے تھرمل اثرات اور نان لائنر نقصان، اور جول لیول انرجی آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لیے۔
2. چھوٹی نبض کی چوڑائی: الگ تھلگ اٹوسیکنڈ دالیں پیدا کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے جو الیکٹرانک ڈائنامکس کا تجزیہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جس کے لیے چند یا اس سے بھی ذیلی دورانیہ کی ڈرائیونگ دالیں اور مستحکم کیریئر لفافے مرحلے (CEP) کی ضرورت ہوتی ہے۔ اہم ٹیکنالوجیز میں نان لائنر پوسٹ کمپریشن تکنیکوں کا استعمال شامل ہے جیسے کہ ہولو کور فائبر (HCF)، ملٹی تھین فلم (MPSC)، اور ملٹی چینل کیویٹی (MPC) پلس کی چوڑائی کو انتہائی مختصر لمبائی تک کمپریس کرنے کے لیے۔ CEP استحکام کو f-2f انٹرفیرومیٹر کا استعمال کرتے ہوئے ماپا جاتا ہے اور ایکٹو فیڈ بیک/فیڈ فارورڈ (جیسے AOFS، AOPDF) یا فریکوئنسی فرق کے عمل کی بنیاد پر غیر فعال تمام آپٹیکل سیلف سٹیبلائزیشن میکانزم کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔
3. طویل طول موج: بائیو مالیکیول امیجنگ کے لیے "واٹر ونڈو" بینڈ میں اٹوسیکنڈ فوٹون توانائی کو آگے بڑھانے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ تین بڑے تکنیکی راستے ہیں:
آپٹیکل پیرامیٹرک ایمپلیفیکیشن (OPA) اور اس کا جھرن: یہ 1-5 μm طول موج کی حد میں مرکزی دھارے کا حل ہے، جس میں کرسٹل جیسے BiBO اور MgO: LN؛ استعمال کیا جاتا ہے۔ 5 μm طول موج بینڈ کے لیے ZGP اور LiGaS ₂ جیسے کرسٹل کی ضرورت ہے۔
ڈیفرینشل فریکوئنسی جنریشن (DFG) اور انٹرا پلس ڈفرنشل فریکوئنسی (IPDFG): غیر فعال CEP استحکام کے ساتھ بیج کے ذرائع فراہم کر سکتے ہیں۔
ڈائریکٹ لیزر ٹیکنالوجی، جیسے Cr: ZnS/Se ٹرانزیشن میٹل ڈوپڈ چالکوجینائیڈ لیزر، "مڈ انفراریڈ ٹائٹینیم سیفائر" کے نام سے جانا جاتا ہے اور اس میں کمپیکٹ ڈھانچہ اور اعلی کارکردگی کے فوائد ہیں۔
4. اعلیٰ تکرار کی شرح: جس کا مقصد سگنل ٹو شور کے تناسب اور ڈیٹا کے حصول کی کارکردگی کو بہتر بنانا، اور خلائی چارج اثرات کی حدود کو دور کرنا ہے۔ دو اہم راستے:
گونج میں اضافہ کیوٹی ٹیکنالوجی: HHG کو چلانے کے لیے میگاہرٹز لیول ریپیٹیٹو فریکوئنسی پلس کی چوٹی کی طاقت کو بڑھانے کے لیے اعلی درستگی والے گونجنے والے گہاوں کا استعمال، XUV فریکوئنسی کومبس جیسے شعبوں میں لاگو کیا گیا ہے، لیکن الگ تھلگ ایٹوسیکنڈ دالیں پیدا کرنا اب بھی چیلنجز کا باعث ہے۔
اعلی تکرار کی شرح اوراعلی طاقت لیزرڈائریکٹ ڈرائیو، بشمول او پی سی پی اے، فائبر سی پی اے کے ساتھ مل کر نان لائنر پوسٹ کمپریشن، اور پتلی فلم آسکیلیٹر نے 100 کلو ہرٹز کی تکرار کی شرح سے الگ تھلگ ایٹوسیکنڈ پلس جنریشن حاصل کی ہے۔